Двохвильовий пірометр, це серйозно
Посилання на сторінку сайту
Магазину Gtest(R) з номенклатурою пірометрів (ІК термометрів), а також
рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї
Розділу
Загальне
У статті представлено порівняння результатів
вимірювань температури поверхні, отриманих за допомогою тепловізійної камери та
швидкісного пірометра при випробуванні на розтяг сталевих зразків, що
призводить до утворення шийки та руйнування. Тепловізійна камера Inframetrics
760 (частота кадрів - 50 Гц) із системою високошвидкісного зберігання даних та
новий розроблений швидкодіючий двохвильовий пірометр з часом вибірки 0,2 мс
були незалежно використані для вимірювання температури. Показано, що адекватна
конструкція двохвильового пірометра забезпечує точніші вимірювання температури
за рахунок компенсації змін випромінювальної здатності поверхні досліджуваного
матеріалу. Дані, отримані за допомогою пірометра, дозволяють краще
інтерпретувати розподілу температури поверхні.
Вступ
Дослідження механічних властивостей металів
та їх сплавів можуть бути доповнені вимірами температури. Типовим прикладом
таких досліджень є випробування матеріалів, де зміни температури, що
супроводжують процес деформації, несуть інформацію про трансформацію
мікроструктури матеріалу та розподіл напруг. При розриві теплові ефекти
відбуваються швидко за короткий час. Це вимагає застосування вимірювача температури
з малим часом виміру. Типові тепловізійні камери та пірометри не забезпечують
повного набору даних, необхідних для коректної інтерпретації тимчасових
характеристик фізичних процесів. Таким чином, необхідно розробляти нові
прилади, які вимірюють температуру за дуже короткий час.
У статті представлено порівняння результатів вимірювань температури поверхні, отриманих при випробуванні на розтяг сталевих зразків, що призводить до утворення шийки та руйнування. Для вимірювання температури незалежно один від одного застосовувалися тепловізійна камера Inframetrics 760 (частота кадрів - 50 Гц) із системою високошвидкісного зберігання даних та новий розроблений швидкодіючий двохвильовий пірометр з часом вибірки 0,2 мс. Двохвильовий пірометр був обраний тому, що його виміри не залежать від зміни випромінювальної здатності поверхні зразка. При цьому є можливість вибору адекватної вимірювальної області, оптимальної щодо розмірів досліджуваного зразка.
Дослідження
Результати вимірювань температури, отримані за допомогою тепловізійної камери, порівнювалися з результатами, отриманими двохвильовим пірометром. Схема пірометра представлена рис. 1. Це прилад, пристосований для надшвидких вимірів. У ході експерименту частота дискретизації на два порядки перевищувала частоту тепловізійної камери та становила близько 5 кГц. Кількість отриманих даних дозволяє проводити їхню додаткову обробку, наприклад, усереднення без втрати інформації про швидкі зміни [2]. Оптичні робочі смуги вибиралися з урахуванням прогнозованого діапазону температур, що вимірювалися, тобто 50 °C - 150 °C. Поділ визначуваних смуг випромінювання забезпечується за рахунок застосування наступних інтерференційних фільтрів: Фільтр I - 5,46 µм та Фільтр II - 4,5 µ м. При цьому використовувалися детектори зі спектральними характеристиками, що забезпечують максимальний сигнал. Детектор I відноситься до типу PDI і оптимізований для довжини хвилі 5,5 µм.

1: Схема двохвильового швидкого пірометра.
Детектор II є фотоприймачем PbSe. Для необхідного відношення сигнал/шум застосовувалися інтерференційні фільтри щодо широкої смуги пропускання, наприклад, для фільтра II = 5460 нм ця смуга має півширину 500 нм. Вимірювальна площа пірометра становила 1х1 мм2.

Висновки
Результати, отримані на початковому етапі
експерименту за допомогою тепловізійної камери, узгоджуються з результатами
двохвильового пірометра, але вони відрізняються для більш високих температур.
Різниця виникає через те, що значення випромінювальної здатності камери було
вказано як постійне, в той час як двохвильовий пірометр вимірює температуру
незалежно від значення випромінювальної здатності. Зразок не був сірим тілом у
аналізованому діапазоні температур, і його випромінювальна здатність є
функцією, що повільно змінюється ряду параметрів. Изменение излучательной
способности образца происходит, в том числе, из-за изменения температуры (для
металлов (~χT) та динамічних змін поверхні зразка. Наприклад, для класу
матеріалів, до якого відноситься досліджуваний матеріал, збільшення
середньоквадратичного відхилення шорсткості з 3 до 4 µм призводить до зміни
випромінювальної здатності на 20%. Додатковою перевагою двохвильового пірометра
є його низька чутливість до зміни стану вимірюваної поверхні. Завдяки цьому
вимірювання температури, виконані за допомогою пірометра, більш репрезентативні
кінцевої фази експерименту, ніж за допомогою тепловізійної камери. Було
показано, що адекватна конструкція двохвильового пірометра забезпечує точніші
вимірювання температури за рахунок компенсації змін випромінювальної здатності
поверхні досліджуваного матеріалу. Дані, отримані за допомогою пірометра,
дозволяють краще інтерпретувати розподілу температури поверхні.
Магазин Gtest® - авторизований постачальник пірометрів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/pirometry
